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【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ① ( 内存管理架构组成 | 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 | Linux 内核架构层次 | Linux 系统调用接口 )

文章目录 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 ) 二、Linux 内核架构层次 三、Linux 系统调用接口 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU...硬件 ) ---- 内存管理架构 由 3 部分组成 : ① 用户空间 : 在 " 用户空间 " 中 , 使用 malloc 函数 申请 " 堆内存 " , 使用 free 函数 释放 " 堆内存..." ; ② 内核空间 : Linux 内核启动后 , 一直 驻留在内存 中 , 应用程序 不能 读写 内核空间数据 , 不能直接调用 内核源码 中的函数 ; 只能通过 " 系统调用 " 间接调用 内核函数...组成 ; 层次架构如下 : Linux 内核 需要 " 管理硬件 " , 如 : CPU 处理器 , 内存 , I/O 设备 , 网络设备 等 ; Linux 内核 还需要 向上层的 " 应用程序..." 或 " Library Routine " 提供 API 接口 , 如 : 系统调用 ; 三、Linux 系统调用接口 ---- " 系统调用 " 接口 , 可以调用 " " Linux 内核 "

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ARM32 内核内存布局

Linux内核在启动时会打印出内核内存空间的布局图，下面是ARM Vexpress平台打印出来的内存空间布局图： ? 这部分信息打印是在mem_init()函数中实现的。...，接下来打包成二进制文件，该操作由arch/arm/kernel/vmlinux.ld.S控制，其中也划定了内核的内存布局。...内核image本身占据的内存空间从_text段到 _end段，并且分为如下几个段： 代码段：_text和 _etext为代码段的起始和结束地址，包含了编译后的内核代码。...这1GB的映射空间，其中有一部分用于直接映射物理地址。这个区域称为线性映射区。在ARM32平台上，物理地址[0:760MB]的这一部分内存被线性映射到[3GB:3GB+768MB]的虚拟地址上。...如图2.6所示是ARM Vexpress平台上画出内核空间的内存布局图，详细可以参考文档documentation/arm/memory.txt文件。 ?

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ARM64内核内存布局图

ARM64架构处理器采用48位物理寻址机制，最大可以寻找到256TB的物理地址空间。对于目前的应用来说已经足够了，不需要扩展到64位的物理地址寻址。...虚拟地址也同样最大支持48位支持，所以在处理器的架构设计上，把虚拟地址空间划分为两个空间，每个空间最大支持256TB。Linux内核在大多数体系结构中都把两个地址空间划分为用户空间和内核空间。...用户空间：0x0000_0000_0000_0000到0x0000_ffff_ffff_ffff 内核空间：0xffff_0000_0000_0000到0xffff_ffff_ffff_ffff...64位的Linux内核已经没有高端内存的概念了，因为48位的寻址空间已经足够大了 在QEMU实验平台上，ARM64架构的LInux内核的内存分布图如下： ?...如图所示，ARM64架构处理器的Linux内核内存布局图。ARM64架构处理器的Linux内核内存布局如下： ?

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【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ④ ( ARM64 架构体系内存分布 | 内核启动源码 start_kernel | 内存初始化 mm_init | mem_init )

文章目录 一、ARM64 架构体系内存分布 二、Linux 内核启动源码 start_kernel 三、内存初始化源码 mm_init 四、内存初始化源码 mem_init 一、ARM64 架构体系内存分布...寻址地址 ; Linux 内核 将 " 地址空间 " 划分为 : 内核空间 和 用户空间 ; ① 内核空间 ( Kernel Space ) : 寻址范围 0x FFFF 0000 0000 0000...; 如下图所示 : 上图中的 " 不规范地址空间 " 是不允许使用的 内存空间 ; 二、Linux 内核启动源码 start_kernel ---- 在 Linux 内核初始化完成后 , 会在..." 初始化内存 " 时 , 输出 内存布局 ; Linux 内核启动源码是定义在 linux-5.6.18\init\main.c 源码中的 asmlinkage __visible void __init...mem_init 方法初始化内存 , 该方法定义在 arch\x86\mm\init_32.c#766 位置 ; 在内存初始化时 , 会打印如下格式的 " 内核空间 内存分布 " 日志 : printk

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linux之用户空间和内核空间

linux驱动程序一般工作在内核空间，但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析，什么是内核空间，什么是用户空间，以及如何判断他们。...Linux简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址总是一致，因此，Linux的虚拟地址空间也为0～4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。...于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用。...虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0x00000000）开始。...对内核空间来说，其地址映射是很简单的线性映射，0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯？

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【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ② ( 用户空间内存管理 | malloc | ptmalloc | 内核空间内存管理 | sys_brk | sys_mmap | sys_munmap)

文章目录 一、用户空间内存管理 ( malloc / free / ptmalloc / jemalloc / tcmalloc ) 二、内核空间内存管理 1、内核内存管理系统调用 ( sys_brk...函数提供 内存操作接口 ; glibc 库提供的 ptmalloc 函数 的原理是 , 调用 Linux 内核 提供的 brk / mmap 系统调用接口 , 以 " 内存页 “ 为单位 , 申请内存..., 然后将申请的内存 分成 ” 内存块 “ 分配给 用户空间 的 ” 应用程序 " 二、内核空间内存管理 ---- 1、内核内存管理系统调用 ( sys_brk | sys_mmap | sys_munmap...) 在 " 内核空间 " 中 , 调用 Linux 内核中的 sys_brk / sys_mmap / sys_munmap 函数 , 管理 " 堆内存 " ; sys_brk 通过修改 堆内存 的..., 虚拟内存管理 从 ” 进程虚拟地址空间 “ 分配 / 释放 ” 虚拟内存页 " ; 2、sys_brk、sys_mmap 系统调用 可参考 【Linux 内核 内存管理】Linux 内核堆内存管理

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Linux内核高端内存

Linux内核地址空间划分 通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。 ?...Linux内核高端内存的由来 当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0x3，0xc0000004...Linux内核高端内存的理解 前面我们解释了高端内存的由来。...Linux将内核地址空间划分为三部分ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，高端内存HIGH_MEM地址空间范围为0xF8000000 ~ 0xFFFFFFFF（896MB～...2、64位内核中有高端内存吗？ 目前现实中，64位Linux内核不存在高端内存，因为64位内核可以支持超过512GB内存。若机器安装的物理内存超过内核地址空间范围，就会存在高端内存。

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【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ③ ( Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 | 统计输出 vmalloc 分配的内存 )

文章目录 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 ---- Linux 内核 " 动态分配内存 "...是通过 " 系统接口 " 实现的 , 下面介绍几个重要的 接口函数 ; ① 以 " 页 " 为单位分配内存 : alloc_pages , __get_free_page ; ② 以 " 字节 " 为单位分配..." 虚拟地址连续的内存块 " : vmalloc ; ③ 以 " 字节 " 为单位分配 " 物理地址连续的内存块 " : kmalloc ; 注意 该 " 物理地址连续的内存块 " 是以 Slab 为中心的...; 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 ---- 执行 grep vmalloc /proc/vmallocinfo 命令 , 可以统计输出 通过 vmalloc 函数分配的 " 虚拟地址连续的内存块

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linux缺页异常处理--内核空间

尽管每个进程独立拥有3GB的可访问地址空间，但是这些资源都是内核开出的空头支票，也就是说进程手握着和自己相关的一个个虚拟内存区域(vma)，但是这些虚拟内存区域并不会在创建的时候就和物理页框挂钩，由于程序的局部性原理...，程序在一定时间内所访问的内存往往是有限的，因此内核只会在进程确确实实需要访问物理内存时才会将相应的虚拟内存区域与物理内存进行关联(为相应的地址分配页表项，并将页表项映射到物理内存)，也就是说这种缺页异常是正常的...，而第一种缺页异常是不正常的，内核要采取各种可行的手段将这种异常带来的破坏减到最小。...缺页异常的处理函数为do_page_fault()，该函数是和体系结构相关的一个函数，缺页异常的来源可分为两种，一种是内核空间(访问了线性地址空间的第4个GB)，一种是用户空间(访问了线性地址空间的0~...3GB)，以X86架构为例，先来看内核空间异常的处理。

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Linux内核如何私闯进程地址空间并修改进程内存

进程地址空间的隔离 是现代操作系统的一个显著特征。这也是区别于 “古代”操作系统 的显著特征。 进程地址空间隔离意味着进程P1无法以随意的方式访问进程P2的内存，除非这块内存被声明是共享的。...类似Dos这样的操作系统就是这样的，内存地址空间并没有隔离。进程可以随意访问其它进程的内存。...对于操作系统而言，这就是内核可以做的事，内核可以访问任意进程的地址空间。 当然了，内核并不会无故私闯民宅，就像警察不会随意闯入别人家里一样。 但是，你可以让内核故意这么做，做点无赖的事情。...接下来我写一个内核模块： // test.c // make -C /lib/modules/`uname -r`/build SUBDIRS=`pwd` modules #include <linux...---- 虚拟地址空间是每进程的，而物理地址空间则是所有进程共享的。换句话说，物理地址是全局的。

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Linux 内核空间与用户空间实现与分析

操作系统的核心是内核(kernel)，它独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证内核的安全，现在的操作系统一般都强制用户进程不能直接操作内核。...针对 Linux 操作系统而言，最高的 1G 字节(从虚拟地址 0xC0000000 到 0xFFFFFFFF)由内核使用，称为内核空间。...为什么需要区分内核空间与用户空间 在 CPU 的所有指令中，有些指令是非常危险的，如果错用，将导致系统崩溃，比如清内存、设置时钟等。...对于 Linux 来说，通过区分内核空间和用户空间的设计，隔离了操作系统代码(操作系统的代码要比应用程序的代码健壮很多)与应用程序代码。...如何从用户空间进入内核空间 其实所有的系统资源管理都是在内核空间中完成的。比如读写磁盘文件，分配回收内存，从网络接口读写数据等等。我们的应用程序是无法直接进行这样的操作的。

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Linux内核编程--内存映射和共享内存

文件的内存映射示意图： 对于用户进程和内核进程： 将用户进程的一段内存区域映射到内核进程，映射成功后，用户进程对这段内存区域的修改直接反映到内核空间，同样，内核进程对这段内存区域的修改也直接反映到用户空间...没有内存映射的I/O操作示意图： 磁盘->内核空间->用户空间 有内存映射的I/O操作示意图：少了一个copy操作 内存映射的优点： 减少了拷贝次数，节省I/O操作的开支 用户空间和内核空间可以直接高效交互...fd：要映射的文件描述符 offset：要映射的用户空间的内存区域在内核空间中已经分配好了的内存区域中的偏移 --prot参数取值： PROT_READ：映射区可读 PROT_WRITE：映射区可写...一般用信号量来同步共享内存的访问。 共享内存区在系统存储中的位置： 为什么要用共享内存： 对于涉及到内核操作的，内核和进程之间，经历了四次复制操作，开销很大。..., int shmflg) --shmid：共享内存区的标识id，shmget的返回值 --shmaddr：共享内存附加到本进程后在本进程地址空间的内存地址，若为NULL，由内核分配地址。

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Linux 内核 VS 内存碎片 （下）

从 Linux 内核 VS 内存碎片 （上） 我们可以看到根据迁移类型进行分组只是延缓了内存碎片，而并不是从根本解决，所以随着时间的推移，当内存碎片过多，无法满足连续物理内存需求时，将会引起性能问题。...因此仅仅依靠此功能还不够，所以内核又引入了内存规整等功能。...内存规整 在内存规整引入之前，内核还使用过 lumpy reclaim 来进行反碎片化，但在我们当前最常用的 3.10 版本内核上已经不存在了，所以不做介绍，感兴趣的朋友请从文章开头整理的列表中自取，我们来看内存规整...对于 3.10 版本内核，内存规整的时机如下： 在分配高阶内存失败后 kswapd 线程平衡 zone； 直接内存回收来满足高阶内存需求，包括 THP 缺页异常处理路径； khugepaged 内核线程尝试...，但需要对内核相关子系统的工作原理要有一定理解，对客户的内核版本也有一定要求。

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Liunux内核内存管理之虚拟地址空间

进程的虚拟地址空间分为用户区(03G)和内核区(34G), 其中内核区是受保护的, 用户是不能够对其进行读写操作的； 内核区对于所有进程是共享的；系统中所有进程对应的虚拟地址空间的内核区都会映射到同一块物理内存上...带MMU的是：Cortex-A系列、ARM9、ARM11系列； 不带MMU的是：Cortex-M系列……（STM32是M系列，没有MMU，不能运行Linux，只能运行一些UCOS、FreeRTOS等等）...内存访问级别的设置和修改(内存保护)，在完成映射的同时，会设置CPU访问该段内存的访问级别(3,2,1,0 Linux只有用户空间3，内核空间0)， 如图： ro表示read only 0和3表示访问级别...用户空间进程通过系统调用进入内核空间，访问指定的内核空间数据； 2)共享映射区mmap。...用户空间进程可以使用封装后的系统调用接口访问驱动设备节点，以和运行在内核空间的驱动程序通信； 4)copy_to_user()、copy_from_user()，是在驱动程序中调用接口，实现用户空间与内核空间的数据拷贝操作

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Linux 内核 VS 内存碎片 （上）

（外部）内存碎片是一个历史悠久的 Linux 内核编程问题，随着系统的运行，页面被分配给各种任务，随着时间的推移内存会逐步碎片化，最终正常运行时间较长的繁忙系统可能只有很少的物理页面是连续的。...由于 Linux 内核支持虚拟内存管理，物理内存碎片通常不是问题，因为在页表的帮助下，物理上分散的内存在虚拟地址空间仍然是连续的 （除非使用大页），但对于需要从内核线性映射区分配连续物理内存的需求来说就会变的非常困难...如果内核编程不再依赖线性地址空间的高阶物理内存分配，那么内存碎片问题就从根本上解决了，但对于 Linux kernel 这样庞大的工程来说，这样的修改显然是不可能的，所以从 Linux 2.x 版本至今...Linux 在经典算法的基础上做了一些个扩展： 分区的伙伴分配器； Per-CPU pageset； 根据迁移类型进行分组； 我们以前介绍过 Linux 内核使用 node, zone, page 来描述物理内存...对于通过页表访问虚拟地址空间的情况 （比如用户空间的堆内存需求）并不需要连续物理内存，为什么呢？

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详解Linux内核内存管理架构

内存管理子系统可能是linux内核中最为复杂的一个子系统，其支持的功能需求众多，如页面映射、页面分配、页面回收、页面交换、冷热页面、紧急页面、页面碎片管理、页面缓存、页面统计等，而且对性能也有很高的要求...linux的内存映射管理是通过页表来实现的，但是页表是放在内存中的，如果每次地址转换过程都需要访问一次内存，其效率是十分低下的。这里CPU通过TLB硬件单元来加速地址转换。...内存映射空间划分 根据不同的内存使用方式和使用场景需要，内核把内存映射地址空间划分成多个部分，每个划分空间都有自己的起止地址、分配接口和使用场景。下图是一个常见的32位地址空间划分结构。 ?...直接内存动态分配地址空间：因为访问效率等原因，内核对内存采用简单的线性映射，但是因为32位CPU的寻址能力（4G大小）和内核地址空间起始的设置（3G开始），会导致内核的地址空间资源不足，当内存大于1GB...高端内存动态分配地址空间：高端内存分配的内存是虚拟地址连续而物理地址不连续的内存，一般用于内核动态加载的模块和驱动，因为内核可能运行了很久，内存页面碎片情况严重，如果要申请大的连续地址的内存页会比较困难

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Linux为什么区分内核空间和用户空间 ？？？

操作系统的核心是内核，它是独立于普通的应用程序，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性，所以一定要保证内核的安全。...为了保护内核的安全，操作系统一般都限制用户进程不能直接操作内核，在32位操作系统总的地址空间4G（2^32 = 4GB），实现这个限制的方式就是操作系统将总的地址空间分为两个部分，对于Linux操作系统...高位的1G空间（0xC000 0000 - 0xFFFF FFFF）分配给内核，称为内核空间，内核程序运行在内核空间，对应的进程就处于内核态（管态）。 2....引用之前写的一篇文章(你该知道你写的程序的内存布局)的图 总之，有1G的内核空间是每个进程共享的，剩下的3G是进程自己使用的。...Linux操作系统通过区分内核空间和用户空间的这种设计，将操作系统代码和用户程序代码分开，这样即使在某一个应用程序出错，也不会影响到操作系统，再说，Linux操作系统是多任务系统，其它应用程序不也还能运行

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【Linux 内核 内存管理】虚拟地址空间布局架构 ⑤ ( Linux 内核中对 “ 虚拟地址空间 “ 的描述 | task_struct 结构体源码 )

文章目录 一、Linux 内核中对 " 虚拟地址空间 " 的描述 二、task_struct 结构体源码 一、Linux 内核中对 " 虚拟地址空间 " 的描述 ---- 进程 的 " 虚拟地址空间 "...内核源码的 linux-4.12\include\linux\sched.h#483 位置 ; task_struct 中的 mm active_mm 是 描述 " 整个虚拟空间 " mm_struct...类型的结构体 ; struct mm_struct *mm; struct mm_struct *active_mm; mm_struct 进程描述符 参考如下博客 : 【Linux 内核】...字段 | stack 字段 | pid 字段 | tgid 字段 | pid_links 字段 ) 【Linux 内核】进程管理 task_struct 结构体 ③ ( real_parent 字段...信号处理相关字段 | 信号量和共享内存相关字段 )

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